DE1433439C - Verfahren zur selbsttätigen Regelung eines Sauerstoffaufblasverfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Regelung eines bei der Verarbeitung kohlenstoffhaltiger Metallbäder angewandten Sauerstoffaufblasverfahrens zwecks Erzielung einer über die Blasdauer gleichmäßigen Abgasmenge. Als Stellgrößen dieser Regelung dienen die pro Zeiteinheit und Tonne Metall aufgeblasene Sauerstoffmenge und/oder der Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche. Die Wirkungen dieser bekannten Verstellmaßnahmen sind beschrieben in einem Auf- ίο. satz von Plöcklinger und Wahlster mit dem Titel »Beitrag zur Metallurgie des LD-Verfahrens« in den »Technischen Mitteilungen Krupp«, Band 17 (1959), Nr. 6, Seite 296. -

Bei den Sauerstoffaufblasverfahren, z. B. zur Stahlherstellung, ist die durch die Reaktion zwischen dem zugeführten Sauerstoff und dem Kohlenstoff des Roheisenbades gebildete Abgasmenge, die überwiegend aus Kohlenmonoxid und einem Rest aus Kohlendioxid besteht, dem Kohlenstoffabbrand im Roh- so eisenbad proportional. Dabei ist die Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes im Verlauf der Blaszeit bei den bisher üblichen Sauerstoffaufblasverfahren auch bei konstantem Sauerstoffaufblasstrom nicht konstant. Sie beträgt z. B. zur Zeit des höchsten Kohlenstoffabbrandes mehr als das l,5fache der mittleren Kohlenstoffabbrandgeschwindigkeit. Das bedeutet für eine dem Reaktionsgefäß nachgeschaltete Entstaubungsanlage, daß sie für die zur Zeit des höchsten Kohlenstoffabbrandes anfallende größte Abgasmenge ausgelegt werden muß. Für Entstaubungsverfahren, bei denen das Abgas vor Eintritt in die Entstaubungsanlage mit Luft vollständig verbrannt und bei denen die dabei gebildete Abgaswärme in nachgeschalteten Wärmeaustauschern zur Dampferzeugung u. dgl. ausgenützt wird, ist ein erheblich höherer Investitionsaufwand notwendig, wobei sich der Wirkungsgrad der Wärmeausnutzung in der Zeit niedrigen Kohlenstoffabbrandes verschlechtert.

Aber auch bei Verfahren, bei denen das Abgas teil- oder unverbrannt in die Entstaubungsanlage eingeleitet wird, würde eine über die Blaszeit gleichmäßige Abbrandgeschwindigkeit des Kohlenstoffs und die damit gleichmäßige Abgasmenge den Bau einer kleineren Entstaubungsanlage ermöglichen, wodurch die Investitions- und Betriebskosten erheblich gesenkt werden könnten.

Aus der deutschen Patentschrift 753 758 ist bereits der Vorschlag bekanntgeworden, beim Windfrischen den Schmelzverlauf im Konverter an Hand der laufend festgestellten Abgasanalyse durch Regelung des Sauerstoffgehaltes des Windes oder durch Zugabe von Wärmeträgern oder Kühlmitteln so zu beeinflussen, daß während der Entkohlung eine starke Badreduktion durch Kohlenstoff eintritt. Dieses Verfahren geht davon aus, daß mit Luft gefrischt wird. Es ist auch weder das Ziel dieses bekannten Verfahrens noch seine Wirkung, daß die Abgasmenge und die Kohlenstoffabbrandgeschwindigkeit weitgehend gleichmäßig gehalten wird. Eine Entstaubung der Gase ist nicht vorgesehen, so daß es bei dem bekannten Verfahren auch nicht auf eine gleichmäßige Abgasmenge ankommt.

Zum bekannten Stand der Technik gehört es ferner, daß beim Sauerstoffaufblasverfahren dem Abgas Stickstoff oder ein anderes nicht oxidierendes Gas in geregelter prozentualer Menge zugemischt wird (österreichische Patentschrift 229 347). Diese Maßnahme dient dem Zweck, brennbares Gas eines vorbestimmten Heizwertes zur Verwertung aufzufangen. Die Zumischung des den Heizwert verringernden Stickstoffs erfolgt aus Sicherheitsgründen. Bei diesem bekannten Verfahren verläuft die Abgasentwicklung, da eine Regelung des metallurgischen Prozeßablaufs nicht vorgesehen ist, entsprechend der Kurve des Kohlenstoffabbrandes. Eine gleichmäßige Abgasmenge wird nicht erzielt. ..

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Abgasentwicklung im Verlauf einer Schmelze gleichmäßig zu gestalten und sie so gering wie möglich zu halten, ohne dadurch den metallurgischen Verfahrensablauf zu beeinträchtigen. Außerdem soll Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,8% und darunter in sogenannten Fangschmelzen erzeugt werden. ■

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Verfahren in drei Stufen in der Weise durchgeführt wird, daß

a) zu Beginn des Sauerstoffaufblasens auf das kohlenstoffhaltige Metallbad bei gleichbleiben- , dem Abstand zwischen der Blasdüse und der ' Metallbadoberfläche eine gleichbleibende Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit und Tonne Metall aufgeblasen,

b) danach auf Grund der fortlaufend gemessenen Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes durch an sich bekannte Verminderung oder Vergrößerung der pro Zeiteinheit und Tonne Metall aufgeblasenen Sauerstoffmenge und/oder Erhöhung oder Erniedrigung des Abstandes zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche eine durch eine obere und untere Grenze im voraus festgelegte Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes eingestellt wird, bis der Kohlenstoffabbrand eine im voraus festgelegte, durch an sich bekannte Integration der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes ermittelte Kohlenstoffmenge erreicht hat, und

c) darauf wieder bei einem gleichbleibenden Abstand zwischen der Blasdüse und der Metall- .-badoberfläche eine gleichbleibende Sauerstoff- C. menge pro Zeiteinheit und Tonne Metall bis zum Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit der Kohlenstoffabbrandes auf das Metall aufgeblasen und sodann der Sauerstofffluß selbsttätig unterbrochen wird.

Die Zeit zu Beginn des Sauerstoffaufblasens entsprechend Stufe a) des Verfahrens, in der bei einem gleichbleibenden Abstand zwischen der Blasdüse ., und der Metallbadoberfläche eine gleichbleibende Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit auf das Metallbad aufgeblasen wird, ist dabei abhängig von der Zusammensetzung des Metallbades und von der Art des angewandten Sauerstoffaufblasverfahrens.

Soll aus metallurgischen Gründen, z. B. bei der Verarbeitung eines phosphorreichen Roheisenbades, eine phosphorreiche Schaumschlacke gebildet werden, so muß dabei vorteilhafterweise dafür gesorgt werden, daß die Stufe b) in der Weise aufgeteilt wird, daß die im voraus durch eine obere und untere Grenze festgelegte Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes im Verlauf einer Charge ein- oder auch mehrmals auf niedrigere oder höhere vorgegebene obere und untere Grenzwerte der Geschwindigkeit

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des Kohlenstoffabbrandes abgeändert wird. Dies ist deswegen erforderlich, weil durch die Bildung der Schaumschlacke die Geschwindigkeit des Kohlen-. stoffabbrandes verringert wird.

Überschreitet die gemessene Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes den vorgegebenen unteren bzw. oberen Grenzwert, so ist es vorteilhaft, den Abstand zwischen der Blasdüse und der Metalloberfläche und/oder die pro Zeiteinheit und Tonne Metall auf das Metallbad aufgeblasene Sauerstoffmenge stufenweise zu erhöhen oder zu erniedrigen, da die Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes verzögert angezeigt wird.

Vorteilhafterweise setzt nach jeder Regelungsstufe die Regelung in Abhängigkeit von der Anzeigeverzogerung der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes aus.

Es wäre zwar einfacher, sogenannte Fangschmelzen, bei denen Stahl mit höheren Kohlenstoffgehalten hergestellt werden soll, mit Hilfe des gesamten Kohlen- stoffabbrandes, der in der Gesamtzeit einer Schmelze anfällt, zu regeln; dies ist jedoch im letzten Teil der J Schmelze (Stufe c) nicht möglich, da die Meßgenauigkeit des Kohlenstoffabbrandes mit einem Meßfehler von 5 bis 10% des Anfangskohlenstoffgehaltes des Metallbades, d. h. im Mittel ±0,3% C, behaftet ist. Für den mittleren Teil der Schmelze (Stufe b), die durch die Geschwindigkeit des Kohlenabbrandes geregelt wird, ist diese Meßgenauigkeit hinreichend groß genug. Bei unter gleichen Bedingungen erzeugten Schmelzen kann man in der Stufe c) der Schmelze, in der Kohlenstoffgehalte von weniger als 1% im Metallbad vorliegen, bestimmten Geschwindigkeiten des Kohlenstoffabbrandes in engen Grenzen auch bestimmte Kohlenstoffgehalte des Metallbades zuordnen. Dieser Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes und dem Kohlenstoffgehalt des Metallbades in der Stufe c) der Schmelze muß jeweils für die besonderen Bedingungen der jeweiligen Anlage und für das dabei angewandte Sauerstoffaufblasverfahren durch Versuche bestimmt werden und ist dann gut reproduzierbar.

Wird das der Erfindung zugrunde liegende Ver- ~) fahren z. B. bei der Verarbeitung eines Roheisens mit einer Zusammensetzung von etwa 4 % Kohlenstoff, etwa 0,4% Silizium und etwa 0,50 % Phosphor sowie den anderen üblichen Begleitelementen wie Mangan, Schwefel usw. angewendet, so wird folgendermaßen vorgegangen. Die mittlere Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes beträgt bei einer angestrebten Dauer des Sauerstoffaufblasens von etwa 18 Minuten und einem Kohlenstoffgehalt des Metallbades am Ende dieser Zeit von etwa 0,5 % bei dem angegebenen Kohlenstoff anfangsgehalt von etwa 4% ungefähr 0,2% Kohlenstoff pro Minute und Tonne Roheisen. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Roheisens werden dazu etwa 60 Nm³ Sauerstoff pro Tonne Metall auf das Bad aufgeblasen. Etwa in den ersten zwei Minuten werden die gegenüber dem Kohlenstoff leichter zu oxidierenden Be- gleitelemente im Roheisen, nämlich Silizium, Mangan usw., durch den aufgeblasenen Sauerstoff bevorzugt verschlackt. In dieser Zeit wird ein von dem angewandten Sauerstoffaufblasverfahren sowie von der Größe des Reaktionsgefäßes abhängiger gleichbleibender Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche eingestellt und etwa 3,6 Nm³ Sauerstoff pro Minute und Tonne Metall aufgeblasen (Stufe a) des Verfahrens. Nach diesen ersten zwei Minuten wird dann entsprechend Stufe b) des Verfahrens die aufgeblasene Sauerstoffmenge in Stufen von etwa 0,3 Nm³ Sauerstoff pro Minute und Tonne Metall sowie der Abstand der Blasdüse von der Metallbadoberfläche bei Verwendung einer Einlochdüse in Stufen von 5 Düsendurchmessern so geregelt, daß die als obere Grenze der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes vorgegebenen 2,5 kg Kohlenstoff pro Minute und Tonne Metall nicht überschritten und die als untere Grenze vorgegebenen 2 kg Kohlenstoff pro Minute und Tonne Metall nicht unterschritten·, werden. Nach jeder Erhöhung oder Erniedrigung des Abstandes der Blasdüse von der Metallbadoberfläche bzw. der aufgeblasenen Sauerstoffmenge setzt dabei die Regelung bei einer Anzeigeverzögerung der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes von 10 Sekunden um 20 Sekunden lang aus. Bei der Verwendung von Mehrlochdüsen oder anderen besonderen Düsenausführungen in der Blaslanze wird der Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche so geregelt, daß die gleichen metallurgischen Wirkungen erzielt werden. Nachdem die über die Integration der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes ermittelte abgebrannte Kohlenstoffmenge 28 kg Kohlenstoff pro Tonne Roheisen erreicht hat, wird entsprechend Stufe c) des Verfahrens wieder bei einem gleichbleibenden Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche eine gleichbleibende Sauerstoffmenge von etwa 2 Nm³ pro Minute und Tonne Metall auf das Bad aufgeblasen. Die sich daraufhin einstellende Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes steigt im Bereich eines Kohlenstoffgehaltes im Metallbad von 1 bis 0,7% auf etwa 2,3 kg Kohlenstoff pro Minute und Tonne Metall an und fällt darauf steil ab. Um den gewünschten Kohlenstoffendgehalt von 0,5% im Metallbad zu erhalten, wird in diesem Reaktionsabschnitt beim Erreichen einer Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes von etwa 1,8 kg Kohlenstoff pro Minute und Tonne Metall der Sauerstofffluß selbsttätig unterbrochen und die Blaslanze aus dem Reaktionsgefäß herausgezogen. Wird das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren bei der Verarbeitung eines phosphorreichen Roheisen mit etwa 1,5 bis 2% Phosphor angewendet, so wird zu Beginn des Sauerstoffaufblasens gleichfalls für etwa 2 Minuten ein gleichbleibender Abstand zwischen Blasdüse und Metallbadoberfläche eingestellt, bei dem eine gleichbleibende Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit und Tonne Metall aufgeblasen wird (Stufe a). Darauf wird, wie oben bereits beschrieben, entsprechend Stufe b) die aufgeblasene Sauerstoffmenge pro Minute und Tonne Metall sowie der Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche stufenweise so geregelt, daß die obere bzw. untere Grenze der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes nicht über- bzw. unterschritten wird. Da jedoch die Schaumschlacke, die aus metallurgischen Gründen beim Verarbeiten eines phosphorreichen Roheisens gebildet werden muß, die Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes verringert, wird beim Erreichen eines vorgegebenen unteren Abstandes zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche und einer vorgegebenen oberen Sauerstoffmenge pro Minute und Tonne Metall die Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes auf niedrigere vorgegebene obere und untere Grenzwerte, die z.B. 60% der Werte des vorhergehenden Beispiels betragen, abge-

senkt und das Verfahren auf diese Weise bis zum Abschlacken der phosphorreichen Schlacke weitergeführt. Danach schaltet sich die Regelung der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes der zweiten Sauerstoffaufblasperiode in den Bereich der Stufe b) des Verfahrens wieder ein, der unmittelbar nach deren Beginn liegt und in dem die oberen und unteren Grenzwerte wie bei dem zuerst beschriebenen Beispiel vorgegeben sind, und beendet das Sauerstoffaufblasverfahren wie beschrieben. Die Stufe b) des Verfahrens kann in Sonderfällen noch weiter unterteilt werden.

Wird das Sauerstoffaufblasverfahren im Zeitraum, in dem die Geschwindigkeit des Kohlenstoff abbrandes geregelt wird (Stufe b), z. B. für eine Probenahme unterbrochen, so muß beim Wiederbeginn des Sauerstoffauf blasens die Regelung unmittelbar wieder eingeschaltet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selbsttätigen Regelung eines bei der Verarbeitung kohlenstoffhaltiger Metallbäder angewandten Sauerstoffaufblasverfahrens zwecks Erzielung einer über die Blasdauer gleichmäßigen Abgasmenge, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Verfahren in drei Stufen in der Weise durchgeführt wird, daß

a) zu Beginn des Sauerstoffaufblasens auf das kohlenstoffhaltige Metallbad bei gleichbleibendem Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche eine gleichbleibende Sauerstoff menge pro Zeiteinheit und Tonne Metall aufgeblasen,

b) danach auf Grund der fortlaufend gemessenen Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes durch an sich bekannte Verminderung oder Vergrößerung der pro Zeiteinheit und Tonne Metall aufgeblasenen Sauerstoffmenge und/oder Erhöhung oder Erniedrigung des Abstandes zwischen der Blasdüse und der Metalloberfläche eine durch eine obere und untere Grenze im voraus festgelegte Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes eingestellt wird bis der Kohlenstoffabbrand eine im voraus festgelegte, durch an sich bekannte Integration der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes ermittelte Kohlenstoffmenge erreicht hat, und .

c) darauf wieder bei einem gleichbleibenden Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche eine gleichbleibende Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit und Tonne Metall bis zum Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes auf das Metall aufgeblasen und sodann der Sauerstofffluß selbsttätig unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe b) in der Weise aufgeteilt wird, daß die im voraus durch eine obere und untere Grenze festgelegte Geschwindigkeit des Kohlenstoff abbrandes im Verlauf einer Charge ein- oder auch mehrmals auf niedrigere oder höhere obere und untere Grenzwerte der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes abgeändert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche und/oder die pro Zeiteinheit und Tonne Metall auf das Metallbad aufgeblasene Sauerstoffmenge stufenweise erhöht oder erniedrigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Regelungsstufe die Regelung in Abhängigkeit von der Anzeigeverzögerung der Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes ausgesetzt wird.